化工机械基础(第三版)第十一章容器零部件设计.

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一、法兰联接结构与密封原理
组合件
联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。
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法兰密封的原理
预紧力压紧垫片。压紧应力（垫片密封比压力）到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始密封条件。密封比压力主要决定于垫片材质。垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫片不应过宽，更不应该把整
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金属垫片：
材料一般并不要求强度高，而是要求软韧。
常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金(含Ni67％，
Cu30％，Cr4～5％)钢等。主要用于中、高温和中、高压法兰联接密封。
垫片材料的选择：
根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。
查表10-15
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四、法兰标准及选用
石油、化工上用的法兰标准有两类，
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2、凹凸面（MFM）凸面和凹面相配合，凹面上放置垫片，防止垫片被挤
出，适用于压力较高。
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3、榫槽面(TG) 槽中垫片不被挤动。
螺栓力较小。获得良好的密封效果。
结构较复杂，更换垫片较困难。榫面容易损坏。适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。
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法兰盘可用不同材料，用于铜制、铝制、陶瓷、石墨及其
非金属材料的设备或管道上。
受力后无附加弯曲应力，只适用于压力较低场合。
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（三）任意式法兰
整体性介于整体法兰和松式法兰之间，包括未焊透的焊接法兰。
圆形法兰最常见，方形法兰利于管子排列紧凑，椭圆形法兰常用于阀门和小直径的高压管子上。
个法兰面都铺满垫片。
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工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧应力。垫片有足够
回弹，补偿变形，预紧密封比压值不小于某一值(工作密封
比压)，保持良好密封。反之，回弹不足，则此密封失效。密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度，不发生过大的变形。
第十一章容器零部件设计
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主要内容：
法兰联接结构与密封原理；法兰标准及选用。
容器支座的类型和其它附件的结构与应用。
开孔补强的原理与方法。
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第一节法兰联接
生产工艺要求，或为制造、运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的联接结构。常见的可拆卸结构有：法兰联接螺纹联接承插式联接。可拆卸联接应确保接口密封的可靠性。法兰联接强度较好和紧密性，适用尺寸范围宽，设备和管道应用最普遍。法兰联接不能很快装配与拆卸，制造成本较高。设备法兰与管法兰均已制定出标准。根据公称直径和公称压力，可以从标准中查到，少量超出标准规定范围法兰，才需进行设计。
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２．对焊法兰
又称高颈法兰或长颈法兰。
颈提高刚性，厚度比筒体厚，降低根部弯曲应力。对接焊缝，比平焊法兰的角焊缝强度好，对焊法兰适用
于压力、温度较高或设备直径较大的场合。
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（二）松式法兰
法兰与容器或管道不连接，比整体式连接强度差。
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金属与非金属混合制垫片：
金属包垫片及缠绕垫片等。金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金属包起来；金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制
而成。不带定位圈和带定位圈。
金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属垫片有较好的性能，适应的温度与压力范围较高一些。
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二、法兰的分类
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（一）整体法兰
１．平焊法兰，制造容易，应用广泛，但刚性较差。
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平焊法兰的适用范围：
法兰附近筒壁的截面上，将产生附加的弯曲应力。所以平焊法兰适用的压力范围较低（PN<4.0MPa）。
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㈢垫片性能
垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。最常用垫片分为：
非金属、金属、非金属与金属混合制的垫片
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非金属垫片：
橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。柔软耐温度和压力性能较金属垫片差。只适用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。
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三、影响法兰密封的因素
影响法兰密封的因素主要有：螺栓预紧力；
密封面型式；
垫片性能；法兰刚度；操作条件。
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㈠螺栓预紧力
螺栓预紧力是影响密封一个重要因素。
源自文库
预紧力使垫片压紧并实现初始密封。
预紧力过大则垫片被压坏或挤出。预紧力通过法兰密封面传递给垫片，良好的密封，必须使预紧力均匀地作用于垫片。当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径
对密封有利。
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㈡密封面
法兰联接密封性能与密封面型式有关，密封面型式选择，主
要考虑压力、温度、介质。
压力容器和管道中常用的法兰密封面型式和特点： 1、突面（RF）
光滑平面，可车制密纹水线。结构简单，加工方便，便
于进行防腐衬里。接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。
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4、全平面（FF）与环连接面（RJ）全平面密封适合于压力较小的场合（PN≤1.6MPa）；环连接面主要用在带颈对焊法兰与整体法兰上，适用压
力范围为（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）。
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5、其他类型密封面高压容器和高压管道用球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片